JP2018059412A - コンプレッサ用斜板 - Google Patents

Abstract

【課題】油膜を確保し易いコンプレッサ用斜板を提供する。【解決手段】平板状の基材３１と、前記基材３１の表面を被覆するコーティング層３２と、を具備する斜板３であって、前記コーティング層３２は、前記基材３１の径方向における外周部に設定された第一の範囲Ｔ１に形成された平坦部３２ｃと、前記径方向における前記第一の範囲Ｔ１の内側に設定された第二の範囲Ｔ２に形成された複数の溝部３２ａと、を具備した。【選択図】図４

Description

本発明は、平板状の基材の表面にコーティング層が形成されたコンプレッサ用斜板の技術に関する。

従来、平板状の基材の表面にコーティング層が形成されたコンプレッサ用斜板の技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１には、平板状基材上に固体潤滑樹脂コーティング膜を有するコンプレッサ用斜板が記載されている。当該固体潤滑樹脂コーティング膜には、複数の同心円状の溝が形成されている。このような溝を形成することで、当該溝に潤滑油を確保することができる。これによって、コンプレッサ用斜板がシューと摺動する際の油膜の形成を促すことができ、ひいては耐焼付性を向上させることができる。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、コンプレッサ用斜板が高速で回転した場合には、遠心力によって潤滑油が外周側へと飛散してしまい、当該コンプレッサ用斜板上に潤滑油を十分に確保できないおそれがある。コンプレッサ用斜板上に十分な潤滑油が確保できない場合、油膜切れが生じるおそれがある。

特許第４３７６５１９号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、油膜を確保し易いコンプレッサ用斜板を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、平板状の基材と、前記基材の表面を被覆するコーティング層と、を具備するコンプレッサ用斜板であって、前記コーティング層は、前記基材の径方向における外周部に設定された第一の範囲に形成された平坦部と、前記径方向における前記第一の範囲の内側に設定された第二の範囲に形成された複数の内側溝部と、を具備するものである。

請求項２においては、平板状の基材と、前記基材の表面を被覆するコーティング層と、を具備するコンプレッサ用斜板であって、前記コーティング層は、前記基材の径方向における外周部に設定された第一の範囲に形成された複数の外側溝部と、前記径方向における前記第一の範囲の内側に設定された第二の範囲に形成され、前記外側溝部よりも深さが深くなるように形成された複数の内側溝部と、を具備するものである。

請求項３においては、前記コーティング層は、前記径方向における前記第一の範囲と前記第二の範囲との間に設定された第三の範囲に形成され、前記第二の範囲側から前記第一の範囲側に向かって徐々に深さが浅くなるように形成された複数の中間溝部をさらに具備するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、油膜を確保し易くすることができる。

請求項２においては、油膜を確保し易くすることができる。

請求項３においては、コーティング層の表面形状を滑らかに変化させることができるので、斜板の表面形状が急激に変化し、摩擦特性に悪影響を及ぼすのを防止することができる。

第一実施形態に係るコンプレッサの概略構成を示す側面一部断面図。 （ａ）シューの側面図。（ｂ）シューの底面図。 （ａ）低速時における斜板の傾斜角度を示した側面図。（ｂ）高速時における斜板の傾斜角度を示した側面図。 斜板とシューとの接触部分を示す側面一部断面図。 （ａ）斜板の正面図。（ｂ）斜板の側面断面図。 第二実施形態に係る斜板を示す側面一部断面図。 第三実施形態に係る斜板を示す側面一部断面図。 第四実施形態に係る斜板を示す側面一部断面図。

以下の説明で用いる図は模式図であり、説明の便宜上、各部の寸法等を適宜誇張して示している。

以下では、図１及び図２を用いて、本発明の第一実施形態に係るコンプレッサ１の構成の概略について説明する。コンプレッサ１は、主として回転軸２、斜板３、ピストン４及びシュー５を具備する。

図１に示す回転軸２は、図示せぬハウジングに回転可能に支持される。回転軸２は、図示せぬ駆動源からの動力によって回転することができる。

斜板３は、円形平板状に形成される。斜板３の中央部分には、回転軸２が挿通される。斜板３は、回転軸２の軸線方向に対して傾斜した状態で、当該回転軸２の中途部に設けられる。
なお、斜板３の詳細な構成については後述する。

ピストン４は、前記ハウジングに形成された図示せぬ複数のシリンダボア内にそれぞれ配置される。ピストン４は、回転軸２の軸線方向に沿って摺動（往復動）可能に設けられる。ピストン４には凹部４１が形成される。

凹部４１は、ピストン４の内部に形成される。凹部４１は略半球状に形成される。凹部４１は、回転軸２の軸線方向に沿って対向するように、各ピストン４に一対ずつ形成される。

図１及び図２に示すシュー５は、略半球状に形成される。具体的には、シュー５は、主として第一摺動面５１及び第二摺動面５２を具備する。

第一摺動面５１は、シュー５の一側の面であって、ピストン４の凹部４１と摺動する面（図１参照）である。第一摺動面５１は、一側へ膨出するように形成される。第一摺動面５１は、ピストン４の凹部４１に沿う半球面状に形成される。

第二摺動面５２は、シュー５の他側の面であって、斜板３（より詳細には、後述するコーティング層３２）と摺動する面（図１参照）である。第二摺動面５２は他側へ、つまり第一摺動面５１と反対側へ若干膨出するように形成される。第二摺動面５２は、第一摺動面５１と比べて膨出幅が小さい形状（平坦に近い形状）に形成される。第二摺動面５２は、外周部５２ａ及び中央部５２ｂを具備する。

外周部５２ａは、第二摺動面５２の外側部分を構成するものである。外周部５２ａは、第二摺動面５２の外周に沿って設けられる。外周部５２ａは、第一摺動面５１と比べて極めて大きな曲率半径を有する曲面状に形成される。

中央部５２ｂは、第二摺動面５２の内側部分を構成するものである。中央部５２ｂは、円状に形成される。中央部５２ｂは、外周部５２ａの内側に（第二摺動面５２の中央に）当該外周部５２ａと連続して設けられる。中央部５２ｂは、略平坦状に形成される。より詳細には、中央部５２ｂは、平坦状、或いは外周部５２ａよりもさらに大きな曲率半径を有する曲面状に形成される。

シュー５は、鉄系、銅系、アルミニウム系材料のほか、焼結材料や樹脂材料等によって製造される。特に、シュー５はＳＵＪ２に鍛造や転造を施して製造することが好ましい。

このように形成されたシュー５は、ピストン４の凹部４１内にそれぞれ配置される。この際、シュー５の第一摺動面５１と凹部４１とが摺動（揺動）可能に接するように配置される。これによって、１つのピストン４に配置された２つのシュー５は、互いに第二摺動面５２を対向させた状態で配置される。当該２つのシュー５の第二摺動面５２の間に斜板３の外周部近傍が挟持される。

このように構成されたコンプレッサ１において回転軸２が回転すると、当該回転軸２と共に斜板３も回転する。斜板３は回転軸２の軸線方向に対して傾いているため、当該斜板３はシュー５を介してピストン４を軸線方向に往復移動（摺動）させることになる。この際、シュー５の第二摺動面５２は斜板３の表面を摺動する。

本実施形態に係るコンプレッサ１は、回転軸２（斜板３）の回転数に応じて斜板３の傾斜角度が変化するように構成されている。なお、本実施形態において斜板３の傾斜角度とは、回転軸２の軸線Ｘに垂直な面に対する傾斜角度を意味している。

具体的には、斜板３の回転数が低い（低速で回転している）場合、図３（ａ）に示すように、当該斜板３の傾斜角度は小さくなる。また、斜板３の回転数が高い（高速で回転している）場合、図３（ｂ）に示すように、当該斜板３の傾斜角度は大きくなる。

ここで、図３に示すように、斜板３上におけるシュー５の位置は、斜板３の傾斜角度に応じて変化する。具体的には、斜板３の傾斜角度が小さい場合に比べて、斜板３の傾斜角度が大きい場合のほうが、シュー５は相対的に斜板３の外周側へと移動することになる。

以下では、図４及び図５を用いて、斜板３の詳細な構成について説明する。

斜板３は、主として基材３１及びコーティング層３２を具備する。なお、図５（ｂ）で斜板３の断面を示す際には、説明の便宜上、基材３１とコーティング層３２を区別していない。

基材３１は、円形平板状に形成される部材である。基材３１は、公知の種々の材料を用いて製造することができる。具体的には、鉄系やアルミニウム系材料、アルミニウムを固着・接合した複合材料、鋼、ステンレス等の鉄系、銅合金等の銅系、アルミニウム合金等のアルミニウム系などの金属、あるいは樹脂等を挙げることができる。

コーティング層３２は、基材３１の表面（シュー５と対向する面）を被覆するように形成される。コーティング層３２は、基材３１の両側面に形成される。

コーティング層３２は、固体潤滑剤を含有する皮膜であり、通常バインダーとして熱硬化性樹脂を含有する。コーティング層３２に用いることのできる固体潤滑剤としては、特に限定されないが、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、グラファイト、ｈ−ＢＮ、二硫化タングステン（ＷＳ_２）、ポリ四フッ化エチレン（以下、ＰＴＦＥと称する）、フッ素系樹脂、Ｐｂ、ＣＦ等を挙げることができる。

コーティング層３２に用いることのできる樹脂バインダーとしては、例えば、ポリイミド系樹脂（ＰＩ）、ポリアミドイミド系樹脂（ＰＡＩ）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等、ポリアミド（ナイロン）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ、ＦＥＰ等）、エラストマー等が挙げられる。具体的には、芳香族ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド又は芳香族ポリアミドイミド、あるいはこれらのジイソシアネート変性、ＢＰＤＡ変性、スルホン変性樹脂のワニスなどの熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。

コーティング層３２は、主として溝部３２ａ、凸部３２ｂ及び平坦部３２ｃを具備する。

溝部３２ａは、コーティング層３２の表面に形成される。溝部３２ａは、斜板３と同心円状に複数形成される。溝部３２ａは、基材３１の表面にコーティング層３２を形成した後で、当該コーティング層３２に機械加工（切削加工等）を施すことで形成される。切削加工によって溝部３２ａを形成する場合、切削工具を用いてコーティング層３２の表面が円環状に切削される。この際、隣接する溝部３２ａ間の距離（ピッチ）は適宜設定することができる。また溝部３２ａの断面形状（図４参照）は、切削工具の刃先の形状と略同一となる。溝部３２ａは、コーティング層３２の所定の範囲に形成される。溝部３２ａは、実際には非常に微小に形成されるものであるが、説明の便宜上、図面には実際よりも大きく示している。

凸部３２ｂは、コーティング層３２の表面に形成される。凸部３２ｂは、コーティング層３２に同心円状の溝部３２ａを複数形成することで、隣接する溝部３２ａの間に形成される。これによって凸部３２ｂは、コーティング層３２の表面に、同心円状に複数形成されることになる。

平坦部３２ｃは、コーティング層３２の表面に形成される。平坦部３２ｃは、コーティング層３２のうち、溝部３２ａ（凸部３２ｂ）が形成されない部分である。平坦部３２ｃは、ほとんど凹凸のない（溝部３２ａと比較して非常に凹凸の小さい）略平坦状に形成される。平坦部３２ｃは、コーティング層３２の所定の範囲に形成される。

ここで平坦部３２ｃは、前述の如く、コーティング層３２の全域ではなく、所定の範囲にのみ形成される。以下、当該平坦部３２ｃが形成される範囲について説明する。

本実施形態における平坦部３２ｃは、第一の範囲Ｔ１に亘って形成されている。第一の範囲Ｔ１は、斜板３の外周部に設定される。より具体的には、第一の範囲Ｔ１は、斜板３の外周端部から、径方向内側に向かって所定の幅（例えば、１〜２ｍｍ程度）となるように設定される。

このような第一の範囲Ｔ１に平坦部３２ｃが形成されることで、斜板３が回転した際に潤滑油が径方向外側へと飛散するのを抑制することができる。すなわち、潤滑油は、遠心力によって飛散しないように溝部３２ａ内に保持されているが、それでも潤滑油の一部は凸部３２ｂを乗り越えるようにして外側へと移動してしまう。しかし、斜板３の外周部に形成された平坦部３２ｃによって当該移動がせき止められる。これによって、潤滑油が径方向外側へと飛散するのを抑制し、斜板３（コーティング層３２）上に保持し易くなる。このため、斜板３とシュー５との間の耐摩耗性や耐焼付性を向上させることができる。特に、本実施形態の如く構成することで、斜板３上の潤滑油量が少ない場合（貧潤滑環境下）においても耐摩耗性や耐焼付性を低下し難くすることができ、有用である。

特に、シュー５が斜板３に対して径方向外側へと移動し、当該シュー５の第二摺動面５２と斜板３の平坦部３２ｃとが対向した際には、潤滑油は、当該第二摺動面５２と平坦部３２ｃと間を移動し難い。このため、より効果的に潤滑油の飛散を抑制することができる。

また、本実施形態における溝部３２ａは、第二の範囲Ｔ２に亘って形成されている。第二の範囲Ｔ２は、第一の範囲Ｔ１の径方向内側に設定される。このように、平坦部３２ｃ（第一の範囲Ｔ１）以外の部分には溝部３２ａを形成することで、当該溝部３２ａ内に保持された潤滑油によって、シュー５と斜板３との間における油膜の形成が促される。これによって耐焼付性を向上させることができる。

また、第二の範囲Ｔ２においては、凸部３２ｂがシュー５と摺動することで適宜摩耗し易いため、斜板３とシュー５との初期なじみ性を向上させることができる。また、凸部３２ｂがなじむことで、当該凸部３２ｂの高さ（図４における紙面上下方向幅）が平坦部３２ｃの高さよりも低くなる。すなわち、相対的に平坦部３２ｃが凸部３２ｂよりも高くなるため、潤滑油の飛散をより効果的に抑制することができるようになる。

また、前述の如く、シュー５が斜板３に対して摺動する位置は、当該斜板３の傾斜角度に応じて変化する。図４には、斜板３が最も高速で回転した場合、すなわち、斜板３の傾斜角度が最も大きい場合におけるシュー５の位置（斜板３に対する相対的な位置）Ｐ１、及び、斜板３が最も低速で回転した場合、すなわち、斜板３の傾斜角度が最も小さい場合におけるシュー５の位置Ｐ２を、それぞれ示している。

本実施形態においては、シュー５が位置Ｐ１にある場合において、当該シュー５の中央部５２ｂ全体が第二の範囲Ｔ２に位置するように、すなわち中央部５２ｂ全体が溝部３２ａと対向するように、第一の範囲Ｔ１及び第二の範囲Ｔ２が設定されている。このように構成することで、斜板３が高速で回転した際に、シュー５の中央部５２ｂにおける油膜の形成を促すことができ、高速回転時における耐焼付性を向上させることができる。

以上の如く、本実施形態に係る斜板３（コンプレッサ用斜板）は、
平板状の基材３１と、
前記基材３１の表面を被覆するコーティング層３２と、
を具備する斜板３であって、
前記コーティング層３２は、
前記基材３１の径方向における外周部に設定された第一の範囲Ｔ１に形成された平坦部３２ｃと、
前記径方向における前記第一の範囲Ｔ１の内側に設定された第二の範囲Ｔ２に形成された複数の溝部３２ａ（内側溝部）と、
を具備するものである。
このように構成することにより、油膜を確保し易くすることができる。すなわち、平坦部３２ｃによって、遠心力による潤滑油の飛散を抑制することができる。このため、斜板３上に潤滑油を保持し易くなり、ひいては油膜が確保し易くなる。

なお、本実施形態に係る斜板３は、本発明に係るコンプレッサ用斜板の実施の一形態である。
また、本実施形態に係る溝部３２ａは、本発明に係る内側溝部の実施の一形態である。

以下では、斜板３の他の実施形態（第二実施形態ないし第四実施形態）について説明する。

図６には、第二実施形態に係る斜板３を示している。第二実施形態に係る斜板３が第一実施形態に係る斜板３と異なる点は、コーティング層３２の平坦部３２ｃに替えて溝部３２ｄを具備している点である。以下、具体的に説明する。

溝部３２ｄは、コーティング層３２の表面に形成される。溝部３２ｄは、溝部３２ａと同様に、斜板３と同心円状に複数形成される。溝部３２ｄは、第一の範囲Ｔ１に亘って形成される。溝部３２ｄの深さは、第二の範囲Ｔ２に形成された溝部３２ａよりも浅くなるように形成される。また、溝部３２ｄのピッチ（隣り合う溝部３２ｄ同士の間隔）は、第二の範囲Ｔ２に形成された溝部３２ａよりも小さくなるように形成される。

このように、第一の範囲Ｔ１の溝部３２ｄを、第二の範囲Ｔ２の溝部３２ａよりも浅く（断面形状が小さくなるように）形成することで、第一実施形態と同様に、潤滑油の飛散を抑制することができる。

以上の如く、本実施形態（第二実施形態）に係る斜板３は、
平板状の基材３１と、
前記基材３１の表面を被覆するコーティング層３２と、
を具備する斜板３であって、
前記コーティング層３２は、
前記基材３１の径方向における外周部に設定された第一の範囲Ｔ１に形成された複数の溝部３２ｄ（外側溝部）と、
前記径方向における前記第一の範囲Ｔ１の内側に設定された第二の範囲Ｔ２に形成され、前記溝部３２ｄよりも深さが深くなるように形成された複数の溝部３２ａ（内側溝部）と、
を具備するものである。
このように構成することにより、油膜を確保し易くすることができる。

なお、本実施形態に係る溝部３２ｄは、本発明に係る外側溝部の実施の一形態である。

図７には、第三実施形態に係る斜板３を示している。第三実施形態に係る斜板３が第一実施形態に係る斜板３と異なる点は、第一の範囲Ｔ１とシュー５との位置関係である。以下、具体的に説明する。

第三実施形態においては、シュー５が位置Ｐ１にある場合において、当該シュー５の中央部５２ｂ全体が第一の範囲Ｔ１に位置するように、すなわち、中央部５２ｂ全体が平坦部３２ｃと対向するように、第一の範囲Ｔ１及び第二の範囲Ｔ２が設定されている。このように構成することで、潤滑油は、シュー５と斜板３との間を流通し難くなるため、当該潤滑油の飛散をより効果的に抑制することができる。

図８には、第四実施形態に係る斜板３を示している。第四実施形態に係る斜板３が第一実施形態に係る斜板３と異なる点は、コーティング層３２が溝部３２ｅをさらに具備している点である。以下、具体的に説明する。

溝部３２ｅは、コーティング層３２の表面に形成される。溝部３２ｅは、溝部３２ａと同様に、斜板３と同心円状に複数形成される。溝部３２ｅは、第三の範囲Ｔ３に亘って形成される。第三の範囲Ｔ３は、径方向において第一の範囲Ｔ１と第二の範囲Ｔ２との間に設定される。

第三の範囲Ｔ３に形成された溝部３２ｅの深さは、第二の範囲Ｔ２に形成された溝部３２ａよりも浅くなるように、かつ径方向内側から外側に向かって徐々に浅くなるように形成される。

このように溝部３２ｅを形成することで、コーティング層３２の凹凸（すなわち、溝部３２ａ及び溝部３２ｅ）を、径方向内側から外側に向かって滑らかに平坦（平坦部３２ｃ）に変化させることができる。このように構成することで、シュー５が斜板３に対して径方向に移動する際に、当該斜板３（コーティング層３２）の表面形状が急激に変化し、摩擦特性に悪影響を及ぼすのを防止することができる。

以上の如く、本実施形態（第四実施形態）に係るコーティング層３２は、
前記径方向における前記第一の範囲Ｔ１と前記第二の範囲Ｔ２との間に設定された第三の範囲Ｔ３に形成され、前記第二の範囲Ｔ２側から前記第一の範囲Ｔ１側に向かって徐々に深さが浅くなるように形成された複数の溝部３２ｅ（中間溝部）をさらに具備するものである。
このように構成することにより、コーティング層３２の表面形状を滑らかに変化させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、溝部３２ａ、溝部３２ｄ及び溝部３２ｅは、同心円状に形成されるものとしたが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、コーティング層３２の表面に潤滑油を保持できる凹部を形成することができれば、その形状は問わない。例えば、らせん状や、弧状（円が周方向の一部で途切れた形状）に形成することも可能である。

また、上記実施形態においては、コンプレッサ１は、回転軸２の回転数に応じて斜板３の傾斜角度が変化するものとしたが、当該斜板３の傾斜角度は、その他任意の方法で変化させるように構成することも可能である。

また、上記実施形態においては、コンプレッサ１は斜板３の傾斜角度を変更可能なもの（いわゆる、可変容量型）として説明したが、斜板３の傾斜角度を変更不能なもの（いわゆる、固定容量型）であってもよい。

１ コンプレッサ
２ 回転軸
３ 斜板
４ ピストン
５ シュー
３１ 基材
３２ コーティング層
３２ａ 溝部
３２ｂ 凸部
３２ｃ 平坦部

Claims (3)

1. 平板状の基材と、
   前記基材の表面を被覆するコーティング層と、
   を具備するコンプレッサ用斜板であって、
   前記コーティング層は、
   前記基材の径方向における外周部に設定された第一の範囲に形成された平坦部と、
   前記径方向における前記第一の範囲の内側に設定された第二の範囲に形成された複数の内側溝部と、
   を具備するコンプレッサ用斜板。
2. 平板状の基材と、
   前記基材の表面を被覆するコーティング層と、
   を具備するコンプレッサ用斜板であって、
   前記コーティング層は、
   前記基材の径方向における外周部に設定された第一の範囲に形成された複数の外側溝部と、
   前記径方向における前記第一の範囲の内側に設定された第二の範囲に形成され、前記外側溝部よりも深さが深くなるように形成された複数の内側溝部と、
   を具備するコンプレッサ用斜板。
3. 前記コーティング層は、
   前記径方向における前記第一の範囲と前記第二の範囲との間に設定された第三の範囲に形成され、前記第二の範囲側から前記第一の範囲側に向かって徐々に深さが浅くなるように形成された複数の中間溝部をさらに具備する、
   請求項１又は請求項２に記載のコンプレッサ用斜板。

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